Nghiên cứu cơ chế vận hành tối ưu hệ thống hồ thủy điện trên thượng nguồn sông cả đảm bảo yêu cầu phát triển kinh tế xã hội vùng hạ du

Bài viết này sẽ trình bày tiếp cận vận hành tối ưu hệ thống hồ chứa đa mục tiêu trên thượng nguồn sông Cả theo tiếp cận vừa tối ưu lượng điện phát ra vừa đảm bảo cung cấp nước cho các nhu cầu phát triển dưới hạ du. Mời các bạn cùng tham khảo!

BÀI BÁO KHOA HỌC NGHIÊN CỨU CƠ CHẾ VẬN HÀNH TỐI ƯU HỆ THỐNG HỒ THỦY ĐIỆN TRÊN THƯỢNG NGUỒN SÔNG CẢ ĐẢM BẢO YÊU CẦU PHÁT TRIỂN KINH TẾ XÃ HỘI VÙNG HẠ DU Nguyễn Thiện Dũng1, Lương Ngọc Chung2, Nguyễn Văn Tuấn2 Tóm tắt: Hiện nay, Việt Nam phát triển mạnh mẽ hệ thống hồ chứa thủy điện lưu vực sông chính, nơi có trữ lượng thủy nhằm sản xuất điện khai thác sử dụng tài nguyên nước cách có hiệu quả, hạn chế rủi ro phục vụ yêu cầu phát triển kinh tế xã hội vùng hạ du Cơ chế vận hành đa hồ chứa, đa mục tiêu vừa phải đảm bảo mục tiêu phát điện vừa phải cung cấp đủ nước cho nhu cầu phát triển kinh tế xã hội vùng hạ lưu Bài báo trình bày tiếp cận vận hành tối ưu hệ thống hồ chứa đa mục tiêu thượng nguồn sông Cả theo tiếp cận vừa tối ưu lượng điện phát vừa đảm bảo cung cấp nước cho nhu cầu phát triển hạ du Thay tiếp cận đa mục tiêu phát điện cấp nước hạ du, toán chuyển thành toán tối ưu đơn mục tiêu, lợi ích kinh tế phát điện, nhu cầu nước cho phát triển kinh tế tính tốn theo kịch sử dụng nước đưa vào toán dạng ràng buộc lưu lượng khống chế điểm kiểm soát hạ du Kết toán phối hợp vận hành hồ chứa Bản vẽ, Khe Bố, Chi Khê Bản Mồng tương ứng với kịch sử dụng nước từ lựa chọn kịch phối hợp vận hành tối ưu Tóm tắt: Hồ chứa đa mục tiêu, Vận hành liên hồ chứa, Tối ưu, Hàm mục tiêu, Ràng buộc GIỚI THIỆU CHUNG * Quản lý tổng hợp tài ngun nước lưu vực sơng có nhiều hồ chứa đa mục tiêu, đặc biệt hệ thống hồ chứa vừa phát điện vừa có nhiệm vụ điều tiết nước cần thiết phải có chế phối hợp vận hành liên hồ chứa đa mục tiêu vừa đảm bảo hiệu kinh tế phát điện vừa phải đảm bảo cung cấp đủ nước cho phát triển kinh tế xã hội vùng hạ du Tiếp cận tối ưu vận hành đa hồ chứa đa mục tiêu tiếp cận hàng đầu quy hoạch quản lý tài nguyên nước Tiếp cận tối ưu bao gồm tối ưu đa mục tiêu tối ưu đơn mục tiêu Thực thiết lập toán tối ưu thường bao gồm tốn tối ưu tuyến tính, tối ưu phi tuyến, tối ưu động (Asamdi Ahmad et al, 2014) Đại học Thủy lợi Viện Quy hoạch Thủy lợi Bài báo trình bày thiết lập mơ hình vận hành phối hợp đa hồ chứa đa mục tiêu theo mơ hình tốn tối ưu phi tuyến sử dụng cơng nghệ GAMS để giải toán Trong nghiên cứu cụ thể lưu vực sơng Cả, tốn tối ưu vận hành đa hồ chứa bồ Bản Vẽ, Bản Mồng, Khe Bố Chi Khê Trong đó, Hàm mục tiêu toán hàm lợi ích phát điện hồ chứa, yêu cầu cấp nước cho phát triển kinh tế vùng hạ du sơng Cả tính tốn theo kịch nhu cầu sử dụng nước đưa vào toán dạng ràng buộc lưu lượng tối thiểu điểm khống chế hạ du Bên cạnh ràng buộc yêu cầu cấp nước phải thiết lập nhiều ràng buộc liên quan đến chế vận hành hồ chứa đơn lẻ, cân điểm hợp lưu phân lưu, cân dòng chảy hệ thống, yêu cầu lưu lượng (hoặc cao trình mực nước) điểm khống chế, KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MÔI TRƯỜNG - SỐ 73 (3/2021) 33 dịng chảy đảm bảo mơi trường Với hàm mục tiêu tối ưu phát điện hồ chứa thượng nguồn sông Cả; ràng buộc toán ràng buộc cân nước hồ chứa, ràng buộc cân dòng chảy, ràng buộc yêu cầu cấp nước điểm khống chế hạ du theo thời gian Giải pháp chuyển từ toán tối ưu đa mục tiêu phát điện, cấp nước phát triển kinh tế vùng hạ dụ thành toán đơn mục tiêu lợi ích phát điện mục tiêu cấp nước phát triển kinh tế vùng hạ du chuyển thành ràng buộc tốn tối ưu Khi nghiệm toán lưu lượng xả hồ chứa tương ứng với thời đoạn tính tốn, lượng điện phát hồ chứa theo thời đoạn tính tốn, lưu lượng nước (hoặc cao trình mực nước ta có quan hệ lưu lượng Q m3/s với Hmực nước) tai điểm cơng trình điểm cần kiểm sốt lưu lượng MƠ HÌNH BÀI TỐN TỐI ƯU 2.1 Mơ hình lý thuyết vận hành liên hồ chứa tối ưu lợi ích kinh tế 2.1.1 Hàm mục tiêu lợi ích kinh tế phát điện + Công suất nhà máy thủy điện: NTĐ= 9,81 Q H0 (kW) (1) Trong đó: H0: Cột nước tính toán nhà máy; Q: Lưu lượng nước chảy qua NMTĐ; : Hiệu suất chung NMTĐ = T F (2) Trong đó: T: Hiệu suất tua bin nước có tính đến tổn thất lượng đường ống; F: Hiệu suất máy phát; Với T = (0,88 – 0,91), F = (0,95 – 0,98) Lấy gần ta có cơng suất phát điện nhà máy: NTĐ ≈ 8,5 Q H0 (kW) (3) + Hàm mục tiêu lợi ích phát điện: BHP= (4) Trong đó: BHP: Lợi ích phát điện; Bi: Lợi ích phát điện hồ chứa i (i=1 n); Qit: Lưu lượng xả qua tuốc bin hồ chứa i thời đoạn tính tốn t (m3/s); H0i: Cột nước tính tốn phát điện 34 hồ chứa i (m); T: Tổng số tính tốn PE : Giá bán kwh điện; CE: Chi phí cho sản xuất 1kwh điện 2.1.2 Các ràng buộc hồ chứa + Ràng buộc cân hồ chứa i d(Si)/d(t) =Ii(t) – Oi(t) (5) Trong đó: d(si)/d(t) lượng biến thiên dung tích hồ chứa thứ i thời đoạn t, Ii(t) Oi(t) tổng lượng nước đến xả khỏi hồ chứa thứ i (bao gồm xả tràn xả qua nhà máy) + Ràng buộc cân tổng lượng nước hồ St+1,i=St,i+QDt,i–ELOSt,i–TLOSt,i-QXt,i t,i (6) t: Thời đoạn (ngày); i: Hồ chứa thứ i; St,iDung tích trữ hồ i thời gian t (m3); QDt,i dòng chảy đến hồ thời đoạn t (m3/ngày); ELOSt,l: Tổn thất bốc hồ l thời đoạn t (m3/ngày); TLOSt,l: Tổn thất thấm hồ i thời đoạn t (m3/ngày); QXt,l: Lượng xả từ hồ i thời đoạn t (m3/ngày) Ví dụ: St+1, Bản vẽ = St,Bản vẽ+86400*Qđếnt,Bản vẽ – ELOSt,Bản vẽ – TLOSt, Bản vẽ -Qxả t, Bản vẽ + Giới hạn dung tích hồ chứa S t , i  S max t , i  t , i (7) Smax i: Dung tích max hồ i thời đoạn t, thường mơ hình dung tích tương ứng với SMNDBT S MNDGC (m3); St,i Dung tích hồ i thời đoạn t (m3) + Quan hệ mực nước với dung tích hồ chứa i Ht, i =f(St,i) (8) H t, i : Cao trình mực nước hồ i thời đoạn t (m); S t,i : Dung tích hồ i thời gian t (m3 ); f + Cao trình mực nước hồ i (9) H H i t, i t , i Ht, i: Cao trình mực nước hồ i (m) thời đoạn t (ngày); Hmin t, i: Cao trình mực nước hồ i (m), thời đoạn t (ngày) Thông thường phải lớn mực nước chết hồ chứa (Hmin = HMNC) 2.1.3 Ràng buộc dòng chảy + Ràng buộc cân dịng chảy chính: KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MÔI TRƯỜNG - SỐ 73 (3/2021) Qhạ lưu = Qthượng lưu+Qtăng thêm + +Qhồi quy –Qtổn thất (10) +Ràng buộc dòng chảy tối thiểu Qdòng chảy ≥ Qmin Qđến (t,i) ≥ ≥ Qnhu cầu (t,i) +Qmôi trường (11) 2.1.4 Ràng buộc nhu cầu sử dụng nước nút sử dụng nước + Ràng buộc giá trị cung cấp tối thiểu Đảm bảo giá trị cung cấp cho nông nghiệp hay cung cấp nước cho đô thị, sinh hoạt không nhỏ gía trị tối thiểu Qnhu cầu (t,j) ≥ Qmin (t,j) (12) Trong Qmin giá trị cung cấp tối thiểu đối tượng dùng nước j thời đoạn t 2.2 Cơng cụ giải tốn tối ưu GAMS Ngày có nhiều phầm mềm tốn học sử dụng làm công cụ trợ giúp giải tốn tối ưu đơn giản nhanh chóng Tuy nhiên công nghệ GAMS tỏ cơng cụ giúp giải tốn tối ưu ưu việt tốc độ giải nhanh, với số lượng biến ràng buộc lên đến hàng trăm nghìn Khi viết code toán tối ưu GAMS thuận tiện thiết kế tốn chính, liệu đầu vào đầu thiết kế dạng file riêng biệt Hạn chế phần mềm GAMS đủ chi phí mua đắt so với phần mềm tương tự khác 2.3 Tối ưu phát điện hồ thượng nguồn sông Cả theo kịch sử dụng nước hạ du 2.3.1 Giới thiệu khu vực nghiên cứu Lưu vực sông Cả nằm vùng Bắc Trung bộ, có toạ độ địa lý từ 18015' đến 20010'30'' vĩ độ Bắc; 1030 45'20'' đến 105015'20'' kinh độ Đông Điểm đầu lưu vực nằm toạ độ 20010'30'' độ vĩ Bắc; 103045'20'' kinh độ Đông Cửa lưu vực nằm toạ độ 18045’27” độ vĩ Bắc; 105046’40” kinh độ Đông Lưu vực sông Cả nằm hai quốc gia, phần thượng nguồn nằm đất tỉnh Phơng Sa Vẳn Sầm Nưa nước Cộng hồ dân chủ nhân dân Lào Ở Việt Nam, lưu vực sơng nằm địa phận tỉnh Thanh Hố, Nghệ An, Hà Tĩnh Vùng hưởng lợi từ hệ thống sông Cả nằm chủ yếu hạ du thuộc địa bàn hai tỉnh Nghệ An Hà Tĩnh, có hàng loạt hệ thống lấy nước lớn như: Hệ thống tưới Đô Lương 45.700 ha; Hệ thống Nam Hưng Nghi 30.200 ha; Sông Nghèn 27.000 ha… Các hồ chứa thủy điện hệ thống sông Cả, đặc biệt hồ thuộc thượng nguồn sông Cả Bản Vẽ, Khe Bố, Chi Khê Bản Mồng mục tiêu xả nước phát điện phải xả nước xuống hạ du phục vụ mục đích cấp nước cho tưới nông nghiệp, sinh hoạt phát triển kinh tế xã hội Xây dựng toán vận hành phối hợp xả nước hồ chứa cho vừa tối ưu lợi ích phát điện vừa đảm bảo điều tiết cung cấp nước cho vùng hạ du phát triển kinh tế nhiệm vụ ưu tiên hàng đầu 2.3.2 Xây dựng kịch cấp nước phát triển kinh tế hạ du sơng Cả Để chuyển tốn tối ưu đa mục tiêu thành toán tối ưu đơn mục tiêu tối ưu phát điện, nhu cầu nước cho phát triển kinh tế vùng hạ du sông Cả tính tốn để đưa vào ràng buộc mơ hình tốn Dựa mơ hình tính tốn mô thủy lực, dựa yêu cầu lấy nước tưới nông nghiệp cống vận hành cơng ty khai thác cơng trình thủy lợi (KTCTTL) Nam Nghệ An, hệ thống tưới Nam Hưng Nghi, kịch tương ứng với phương án tính tốn nhu cầu nước vùng hạ du sau: + Kịch (KB1): Mực nước Cống Nam Đàn (H=1,15m) đáp ứng đủ nhu cầu nước theo mực nước thiết kế cơng trình thủy lợi từ cống Nam Đàn trở xuống; +Kịch (KB2): Mực nước cống Nam Đàn (H=0,83m) ứng với tính tốn nhu cầu nước theo quy trình vận hành tỉnh Nghệ An theo công văn số 14 UBND-NN ngày 3/1/2019; + Kịch (KB3): Mực nước cống Nam Đàn (H=0,7 m) tương ứng với giải pháp tưới nông nghiệp theo hình thức luân phiên; + Kịch (KB4): Mực nước cống KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MÔI TRƯỜNG - SỐ 73 (3/2021) 35 Nam Đàn (H=0,6m) ứng với nhu cầu nước tưới luân phiên; + Kịch (KB5): Mực nước cống Nam Đàn (H=0,4 m) tính tốn dựa lựa chọn tưới ln phiên cần có can thiệp nguồn bổ sung khác từ ao hồ Hình Sơ đồ hồ chứa thượng nguồn sơng Cả 2.3.3 Bài tốn tối ưu GAMS + Hàm mục tiêu vận hành tối ưu: B= BBản vẽ + BKhe Bố + BChi Khê + BBản Mồng Max + Ràng buộc toán Các ràng buộc thực phần mềm GAMS theo ngôn ngữ lập trình liệu đầu vào lập dạng file input Mục tiêu thiết kế mô hình tối ưu phần mềm GAMS (i) Thiết lập mơ hình xác định lưu lượng xả hồ Bản Vẽ, Khe Bố, Chi Khê Bản Mồng thời điểm khác để đạt lợi ích tối ưu phát điện đồng thời đáp ứng lưu lượng tối thiểu Dừa, mực nước cống Nam Đàn Trong nghiên cứu, lưu lượng tối thiểu Dừa tương ứng với mực nước tối thiểu cống Nam Đàn theo quan hệ hàm toán học; (ii) Xác định kịch khả thi phối hợp vận hành hồ thủy điện tương ứng với kịch lưu lượng nước tối thiểu Dừa, biên thủy văn lưu lượng đến hồ thượng nguồn dòng chảy ứng với tần suất P=85%; (iii) Trên sở kịch khả thi phối hợp vận hành hồ Bản Vẽ, Khe Bố, Chi Khê 36 Bản Mồng lựa chọn kịch phối hợp đem lại hiệu cao phát điện Sơ đồ mạng lưới tính tốn biên thủy văn mơ hình GAMS hồ Bản Vẽ, Khe Bố, Chi Khê Bản mồng hình Trong sơ đồ mạng lưới tính tốn hình 2, gồm có nút biên thủy văn biên biên thủy văn đến hồ Bản Vẽ C101, biên thủy văn đến hồ Bản Mồng C107, biên Nậm Mơ C103, ngồi cịn có thêm biên thủy văn dòng chảy từ C102 đến C127 đại diện cho lưu lượng tăng thêm dòng chảy sinh khu Đối với nút sử dụng nước cho tưới nông nghiệp C301 đến C305, diện tích tưới nhỏ, nhu cầu nước nhỏ nên mơ hình gam nhu cầu đáp ứng tối đa Trong mơ hình, tính tốn mùa kiệt, vấn đề lưu vực sông Cả thiếu nước trầm trọng mùa kiệt hồ chứa thường xuyên không đảm bảo đủ nước để vận hành phát điện Do lưu lượng qua hồ chứa tính tốn lưu lượng qua tuốc bin nhà máy phát điện Quy trình vận hành hồ chứa Bản Vẽ, Bản Mồng điều tiết KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MƠI TRƯỜNG - SỐ 73 (3/2021) năm, cịn hồ Khe Bố vận hành điều tiết ngày, Hồ Chi Khê vận hành đập dâng, nên lưu lượng đến tương ứng với lưu lượng qua nhà máy phát điện Hình Sơ đồ mạng lưới tính toán biên thủy văn GAMS Trong nghiên cứu biên thủy văn tính tốn chọn tương ứng với tần suất P=85% chọn năm tính tốn sau: + Biên thủy văn dòng chảy đến hồ Bản Vẽ (C101) ứng với số liệu mưa trung bình năm 2008; + Biên thủy văn dòng chảy đến hồ Bản Mồng (C107) ứng với lưu lượng đến hồ năm 2016 + Toàn lưu lượng tăng thêm khu tính tốn cho năm bình thường năm 2017 Giả định ban đầu hồ chứa bắt đầu vận hành hồ đầy nước Do tính tốn cho mùa kiệt nên giả định nước hồ đầy hay mùa lũ hồ có nhiệm vụ tích đủ nước để phục vụ cho mùa kiệt Với sơ đồ tính tốn phối hợp xả nước hai hồ thượng nguồn dịng chảy Bản Vẽ Bản Mồng có ý nghĩa quan trọng Trong mạng lưới tính tốn có phối hợp điều tiết mang tính song song có phối hợp điều tiết nối tiếp hồ chứa Khi tính tốn tương ứng với kịch sử dụng nước hạ du theo thứ tự từ kịch nhu cầu nước cao xuống nhu cầu thấp (Qmin Dừa từ cao xuống thấp hơn) KẾT QUẢ VÀ PHÂN TÍCH Mơ hình tốn tối ưu thiết lập tồn liệu đầu vào toán giữ nguyên tính tốn theo kịch cách thay Qmin Dừa dạng ràng buộc lưu lượng tối thiểu thời kỳ tưới nước Tương ứng với Kịch tương ứng với toán khác kết lưu lượng xả phối hợp hồ khác + Kịch –KB1 (HNam Đàn =1,15m) Theo hình hình cho ta thấy ứng với kịch chạy KB1 (mực nước cống Nam Đàn ứng với cao trình 1,15m) vận hành chế độ xả nước mùa khô, với giả định hồ chứa Bản vẽ hồ chứa Khe Bố, hồ Bản Mồng đầy nước đầu mùa khô.Khi vận hành với kịch hồ xả nước phát điện cấp nước cho yêu cầu Dừa Theo hình hình (hình bên) thấy dung tích hồ quan trọng KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MÔI TRƯỜNG - SỐ 73 (3/2021) 37 hồ Bản Vẽ Hồ Bản Mồng thượng lưu nhánh xả đến mực nước chết Hồ Bản Vẽ đến mực nước chết vào ngày 3/6 thời gian cịn lại tồn mùa kiệt từ 03/6 đến 19/7 hồ khơng cịn khả vận hành Hồ Bản Mồng xả mực nước chết nên hồ kiệt kiệt nước khơng cịn khả điều tiết nước phát điện Bảng Kiểm tra lưu lượng Dừa theo KB1 Thời Kỳ lấy Qmin Dừa Qtt Dừa nước tưới (m /s) (m3/s) 1/12 đến 31/12 188.3 Đáp ứng 1/1 đến 15/2 161.5 Đáp ứng 16/2 đến 31/3 140.9 Đáp ứng 1/4 đến 31/5 560.0 TT 1/6 đến 19/7 560.0 Đáp ứng phần Không đáp ứng Kết luận KB1 trường hợp khơng khả thi, điều hồn tồn thực tế mà hàng năm hồ Bản Vẽ Bản Mồng khơng có đủ nước để phát điện, phải có thời điểm dừng phát điện mở tổ máy thời gian ngắn + Kịch 2- KB2 (HNam Đàn =0,83m) Hình Đặc trưng quan hệ H, S, Qxả hồ Bản Vẽ- KB1 Hình Đặc trưng quan hệ H, S, Qxả hồ Bản Vẽ -KB2 Hình Đặc trưng quan hệ H, S, Qxả Hồ Bản Mồng- KB1 Kết hình hình tương ứng với KB1 hồ thượng nguồn dịng chảy khơng có khả điều tiết tồn mùa khơ, nghĩa thiếu nước, mực nước xả đến cao trình mực nước chết Hồ Bản Vẽ xả mực nước chết vào ngày 3/6 thời gian cịn lại tồn mùa kiệt từ 03/6 đến 19/7 hồ khơng cịn khả vận hành điều tiết Hồ Bản Mồng xả mực nước chết đến ngày 5/7 giai đoạn từ 6/7 đến 19/07 khơng cịn khả điều tiết nước phát điện 38 Hình Đặc trưng quan hệ H, S, Qxả Hồ Bản Mồng- KB2 Theo hình Hồ thủy điện Bản Vẽ hoạt động thời gian mùa kiệt từ 01/12 KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MÔI TRƯỜNG - SỐ 73 (3/2021) năm trước đến ngày tháng năm sau (mùa kiệt), so với thời hạn kết thúc mùa kiệt 19/07 thời gian từ 5/07-19/7 hồ Bản Vẽ khơng cịn khả điều tiết dịng chảy Hồ Bản Mồng vận hành đến ngày 03/07 chưa hết thời gian mùa kiệt Kết luận hồ Bản Vẽ Bản Mồng khơng có khả điều tiết nước điện Bản Vẽ hồ Bản Mồng nước điều tiết mùa kiệt Khi hồ đầu nguồn dòng chảy nước điều tiết hồ Khe Bố Chi Khê vận hành bình thường Kiểm tra yêu cầu lưu lượng thực tính theo KB3 thấy đáp ứng với thời kỳ yêu cầu nước tưới Bảng Kiểm tra lưu lượng Dừa theo KB2 TT Thời Kỳ lấy Qmin Dừa Qtt Dừa nước tưới (m /s) (m3/s) 1/12 đến 31/12 188.3 Đáp ứng 1/1 đến 15/2 161.5 Đáp ứng 16/2 đến 31/3 140.9 Đáp ứng Hình Đặc trưng quan hệ H, S, Qxả 1/4 đến 31/5 360.0 Đáp ứng Hồ Bản Mồng- KB3 1/6 đến 19/7 360.0 Đáp ứng Bảng Kiểm tra lưu lượng Dừa theo KB3 phần TT Với kịch KB2 hồ điều tiết xả nước đến ngày 05 06 tháng hồ hết nước, lưu lượng bổ sung từ khu hồ Khe Bố không đủ đáp ứng lưu lượng tối thiểu Dừa KB2 khơng khả thi + Kịch 3- KB3 (HNam Đàn = 0,7m) Thời Kỳ QminDừa (m3/s) Qtt Dừa 1/12 đến 31/12 188.3 Đáp ứng 1/1 đến 15/2 161.5 Đáp ứng 16/2 đến 31/3 140.9 Đáp ứng 1/4 đến 31/5 300.0 Đáp ứng 1/6 đến 19/7 300.0 Đáp ứng Do KB3 kịch đáp ứng yêu cầu phối hợp vận hành liên hồ chứa thượng nguồn sông đáp ứng yêu cầu nước hạ du (điểm khống chế lưu lượng Dừa) Đối với kịch KB4 KB5 kịch có yêu cầu lưu lượng Qmin nhỏ so với KB3 có nghĩa KB4 KB5 khả thi vận hành phối hợp dễ dàng hồ Kết tính tốn lưu lượng Hình Đặc trưng quan hệ H, S, phối hợp xả hồ theo thời kỳ Qxả hồ Bản Vẽ- KB3 thể bảng Kết phối hợp xả hồ giúp xây dựng sở xây dựng chế phối hợp Như yêu cầu nước Dừa, Hồ thủy vận hành tối ưu hồ chứa KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MÔI TRƯỜNG - SỐ 73 (3/2021) 39 Bảng Kết lưu lượng xả phối hợp hồ theo KB3 Đơn Q Qxả Qxả Qxả Qxả vị Dừa Bản vẽ Khe Bố Chi Khê Bản Mồng m3/s 188.3 60.2 109.8 122.1 26 m /s 161.5 66.3 101.1 112.5 23 m /s 140.9 67.2 95.5 104.8 23 Thời kỳ 1/4 đến 31/5 m /s 300.0 138.3 176.7 185.5 39.7 Thời kỳ 1/6 đến 19/7 300.0 136.9 172.1 186.3 38.8 TT Thời Kỳ lấy nước Thời kỳ 1/12 đến 31/12 Thời kỳ 1/1 đến 15/2 Thời kỳ 16/2 đến 31/3 m /s Tại thời kỳ đầu mùa kiệt, lưu lượng yêu cầu hạ lưu thấp, hồ điều tiết xả với lưu lượng thấp hồ Bản Vẽ xả từ 60-70 m3/s hồ Bản Mồng xả với lưu lượng 23-30 m3 /s, điều giải thích muốn xả nhiều để phát điện hồ cần phải trữ nước cho giai đoạn sau Tại thời kỳ sau 01/04 hàng năm nhu cầu nước hạ du lớn lưu lượng xả thời kỳ tương ứng tăng, xả lớn hồ Bản Vẽ, vai trị điều tiết nước hồ Bản Vẽ quan trọng, định đến chế vận hành phối hợp hồ đồng thời hồ có trữ lượng nước lớn nhất, tạo lượng điện lớn Đối với hồ lại Khe Bố Chi Khê, vai trị liên quan đến điều tiết nước Dừa không nhiều, có hồ Khe Bố vận hành theo ngày dung tích nhỏ nên phụ thuộc hồn toàn vào lưu lượng xả từ hồ Bản Vẽ lưu lượng gia tăng khu Hồ Chi Khê khơng có khả điều tiết hồ có vai trò tạo cột nước phát điện, nên lưu lượng đến với lưu lượng xả ngày Giá trị hàm mục tiêu phát điện hồ tính tốn dựa lượng điện sản sinh giá điện EVN quy định mức giá nghiên cứu lấy theo giá bình quân Bảng Lợi ích phát điện KB3 (Đơn vị: Tỷ đồng) Thủy điện BHồ chứa B 40 BBản Vẽ BKhe Bố BChi Khê BBản Mồng 363,48 213,95 315,23 117,14 1009,80 + Bài toán tối ưu ứng với nhu cầu nước (KB3) vận hành nhiều năm (2001-2019) Sau kiểm tra tính toán tối ưu với kịch lấy nước hạ du để tìm kịch khả thi cho vận hành liên hồ chứa Nghiên cứu tính tốn tốn tối ưu với số liệu thủy văn nhiều năm liên tục xem xét giá trị tối ưu ứng với chuỗi số liệu thủy văn năm điển hình Chuỗi liệu thủy văn nhiều năm với số liệu biên đầu vào số liệu thủy văn đo trạm tính tốn khu tính từ năm 2001 đến năm 2019 Mục tiêu tìm quy luật vận hành phối hợp hồ chứa ứng với vài năm điển hình Hình Giá trị hàm mục tiêu theo nhiều năm Dựa hình 9, giá trị hàm mục tiêu tối ưu thay đổi theo năm lợi ích phát điện hồ thay đổi theo Giá trị hàm lợi ích hồ thủy điện Bản Vẽ cao có biến động lớn hồ, biến động hồ Chi Khê, giá trị phát điện thay đổi theo năm, hồ thủy điện Chi Khê khơng có điều tiết vận hành đập dâng Giá trị hàm mục tiêu lợi ích KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MÔI TRƯỜNG - SỐ 73 (3/2021) phát điện ứng số liệu thủy văn đầu vào năm 2016 đạt giá trị lớn 2.623,28 tỷ đồng Với mô hình tốn thiết lập, nghiên cứu tiến hành kiểm định chạy với số năm điển hình, qua có kết phối hợp xả hồ để xây dựng thêm số kịch phối hợp vận hành hồ, ví dụ năm điển hình Một điểm cần ý vận hành tối ưu nhiều năm cần phải chọn năm mà cuối mùa lũ năm trước hồ tích đủ nước, để đầu mùa kiệt năm sau hồ vận hành với dung tích đầy nước Hình 10 Mơ hình tốn chạy nhiều năm GAMS KẾT LUẬN Trong báo tập trung nghiên cứu, xây dựng toán tối ưu đa mục tiêu, phát điện, cấp nước tưới, nước phát triển kinh tế xã hội vùng hạ du, thành toán đơn mục tiêu tối ưu phát điện để dễ dàng giải với công cụ Gams Mục tiêu cấp nước vùng hạ du phát triển kinh tế tưới nước tính tốn dạng kịch dùng nước, đưa vào mơ hình toán dạng ràng buộc lưu lượng tối thiểu Trong nghiên cứu lưu lượng tối thiểu bao gồm lưu lượng để trì dịng chảy sinh thái mơi trường Bài báo trình bày sơ lược tiếp cận xây dựng kịch dùng nước hạ du lưu vực sông Cả lấy điểm Dừa điểm khống chế lưu lượng dịng chảy Qua tính tốn tối ưu phát điện kịch KB3 khả thi phù hợp với quy trình vận hành hồ chứa thượng nguồn, tương ứng với cao trình mực nước cống Nam Đàn 0,7m Trên sở giải toán tối ưu phát điện xác định lưu lượng phối hợp xả hồ chứa, làm sở cho đề xuất chế vận hành liên hồ chứa thượng nguồn sông Cả Tiếp cận tối ưu để tìm chế phối hợp vận hành liên hồ chứa ứng với năm thủy văn điển hình gợi mở Kết giả tối ưu tham khảo để đề xuất chế phối hợp vận hành chung cho hồ thượng nguồn sông Cả nhằm đem lại lợi ích kinh tế cao sử dụng tổng hợp tài nguyên nước XÁC NHẬN Các số liệu sử dụng báo lấy từ Đề tài nghiên cứu độc lập cấp nhà nước mã số ĐTĐL.CN - 38/18 Với tên đề tài “Nghiên cứu đề xuất phương án phối hợp vận hành điều tiết nước hợp lý hồ chứa thủy lợi, thủy điện lưu vực sông phục vụ cấp nước phòng chống lũ cho hạ du” Viện Quy hoạch Thủy lợi chủ trì Các kết nghiên cứu báo coi phần nghiên cứu đề tài KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MÔI TRƯỜNG - SỐ 73 (3/2021) 41 TÀI LIỆU THAM KHẢO Đặng Quốc Thống Ngô Văn Dưỡng Lã Văn Út, Nhà Máy Thủy Điện Hà Nội, 2005 F.S., Lieberman, G.J Hillier, Introduction to Operation Research McGraw-Hill International Editions, 1995 Thủ tướng Chính phủ, "Quyết định số 1605/QĐ-TTg Thủ Tướng Chính phủ ký ngày 13 tháng 11 năm 2019 việc Ban hành quy chế vận hành liên hồ chứa lưu vực sơng Cả," Hà Nội, 2019 Trần Hữu Đạo Phó Đức Anh, Phân Tích Hệ Thống Tối Ưu Hố Hà Nội: Nhà xuất nông nghiệp, 2002 Richard E Rosenthal, A GAMS Tutorial California USA: Naval Postgraduate School, Monterey Abstracts: RESEARCH ON OPERATING MECHANISM OF HYDROPOWER RESERVOIR SYSTEM IN UP-STREAM OF CA RIVER TO ENSURE FOR SOCIO-ECONOMIC DEVELOPMENT IN DOWNSTREAM AREA Currently, Vietnam has been strongly developing hydropower reservoir systems in main river basins, where there are hydropower reserves to produce electricity and exploit and use water resources effectively Risk reduction to meet socio-economic development requirements in downstream areas The multi-reservoir and multi-purpose operating mechanism must ensure both the power generation and the sufficient water supply for the socio-economic development needs of the downstream area This paper will present the approach for optimal operation of the multi-purpose reservoir system on upstream of the Ca river following the approach of both optimizing the amount of electricity generated and ensuring water supply for downstream development needs Instead of a multi-purpose approach to power generation and downstream water supply, the optimal model is transformed into a single-target optimization objective, the economic benefits of electricity generation, water needs for economic development are calculated according to the scenario of water use and taking into the model in terms of constraints are controlled discharges at downstream control points The results of the optimal model will show the coordination of operations between the Ban Ve, Khe Bo, Chi Khe, and Ban Mong reservoirs corresponding to the scenarios of water use and then choose the scenario of optimal operation Keywords: Multi-purpose reservoir system, Multi-reservoir Operation, Optimal, Objective function, Constraints Ngày nhận bài: 02/12/2020 Ngày chấp nhận đăng: 16/3/2021 42 KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MÔI TRƯỜNG - SỐ 73 (3/2021) ... phát điện vừa đảm bảo điều tiết cung cấp nước cho vùng hạ du phát triển kinh tế nhiệm vụ ưu tiên hàng đầu 2.3.2 Xây dựng kịch cấp nước phát triển kinh tế hạ du sơng Cả Để chuyển tốn tối ưu đa... giải toán tối ưu phát điện xác định lưu lượng phối hợp xả hồ chứa, làm sở cho đề xuất chế vận hành liên hồ chứa thượng nguồn sông Cả Tiếp cận tối ưu để tìm chế phối hợp vận hành liên hồ chứa ứng... tiêu thành toán tối ưu đơn mục tiêu tối ưu phát điện, nhu cầu nước cho phát triển kinh tế vùng hạ du sơng Cả tính tốn để đưa vào ràng buộc mơ hình tốn Dựa mơ hình tính tốn mơ thủy lực, dựa yêu cầu